避免飛行員落海殉職的悲劇再次發生,國軍的F-16V需要「自動防撞地系統」

避免飛行員落海殉職的悲劇再次發生,國軍的F-16V需要「自動防撞地系統」
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許多專家都表示,如果F-16戰機裝有「自動防撞地系統」(Automatic Ground Collision Avoidance System,Auto GCAS),應該能避免悲劇。但很少人深究,究竟為何只有F-16戰機需要此系統?

根據美國空軍統計,CFIT事件佔美國空軍戰機失事原因的26%,但佔所有F-16飛行員殉職原因比例,竟高達75%。F-16型機四大致命失事因素為G力昏迷、人員操控墜地、空間迷向及空中相撞。而事後檢討意外原因,幾乎均為人為因素,顯然F-16很需要防止此類事故的設備。

F-16V春節戰備演練(1)
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自動防撞地系統原理與案例分析

Auto GCAS(自動防撞地系統)會不斷監視F-16的飛行數據、感測系統,並以人工智慧(AI)功能,持續比對「飛行軌跡」、「任務模組電腦」(MMC)和「數位地形資料」(DTED),即時監視飛行姿態。

一旦Auto GCAS預判戰機將陷入險境(可能撞擊到障礙物),就會發出信號,警告飛行員採取迴避行動。要是飛行員沒任何反應,Auto GCAS的AI會判定飛官陷入失能,即時介入戰機的飛行控制,戰機會迅速自行轉彎並向空中拉升。

如果飛官在戰鬥中因為纏鬥飛行,或是發生空間迷向(spatial disorientation),造成失去判定上下左右能力的險境,也可以手動啟動Auto GCAS,迅速讓戰機自動爬升,以恢復方向感。

只要飛機拉升後,飛行員接手控制,AI就會判定飛行員已經能正常操控飛機,將控制權交回給飛行員,避免造成人與飛機搶奪控制權,或錯誤操作的情況。

理論歸理論,從美軍披露的真實案例中,可以了解Auto GCAS如何救回F-16。例如2018年時,美軍一架F-16執行對地攻擊訓練,以機砲攻擊地面標靶,飛行員為了能夠準確的命中目標達成考核,過度專注於瞄準標靶與準備射擊作業,忽視了飛行高度。

Auto GCAS先發出警告,飛行員完全忽略,於是在飛機呈現8度俯角高速飛行,距離地面僅61公尺時,Auto GCAS作動,迅速改正姿態拉升飛機高度,飛行員事後表示被Auto GCAS救回一命。

美國在最新的F-16版本,即Block 40與Block 50上加裝Auto GCAS,後來擴增到Block 30,已經改裝超過930架。截至2020年7月,共有12名F-16駕駛因此獲救(10架單座,1架雙座)。Auto GCAS已深獲飛行員信任。

值得一提的是,Auto GCAS系統由洛克希德馬丁公司(Lockheed Martin)知名的「臭鼬工廠」(Skunk Works)團隊,聯合美國空軍研究實驗室(Air Force Research Laboratory, AFRL)和美國國家航空暨太空總署(NASA)聯合開發,並於2014年才正式服役。由這麼多頂尖研發單位合作研發,可見Auto GCAS的開發難度。

Auto GCAS系統目前仍持續研發中,新版「自動整合防撞系統」(Automatic Integrated Collision Avoidance System,Auto ICAS),除了原本設計的防止撞擊地面外,還可以避免「空中相撞」。

Auto ICAS藉由AI解算飛行軌跡,再利用機載雷達及空戰即時顯示莢艙(ACMI POD)感測具威脅的飛行器,利用飛機軌跡改正預測解算法(ARTP)持續計算,以確定兩者間保持一定的位置、距離及飛行軌跡。

若判斷可能相互衝突,會從至少9 種避免碰撞的運動方向,選擇最佳向量脫離碰撞航線,避免空中碰撞。

Auto ICAS除了在訓練中能避免意外,在空戰纏鬥中也能有一定幫助,敵方預判我機的閃避動作時會增添難度。由於此系統相當好用,美國也為其最新銳的F-35戰機研製與加裝此裝置。

空軍首支F-16V戰機聯隊成軍
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我國空軍F-16V為何還未安裝Auto GCAS

F-16雖然都是採用「線傳飛控」,但分為「類比式」與「數位式」。

類比式線傳飛控,電子控制器操作電子感覺裝置,以提供作用在人工操作裝置上的合適的「感覺」力,所以操控「感覺」還是類似傳統液壓式飛行操作系統,只是機械迴路被電子線路取代。

數位式線傳飛控完全擺脫傳統窠臼,駕駛員實際上是「通過電腦飛行」,飛控電腦不依賴於類比控制器中臨界電子元件的額定值,因而控制更為精準,也能連接更多感測器,快速根據其數值改變飛行參數。

這兩點與我國空軍F-16V為何還未安裝Auto GCAS,有重大的關聯性,因為Auto GCAS需在必要時,接手飛行操控,因此必須是數位式線傳飛控的F-16戰機,才能安裝使用。

但我國由F-16A Block20升級至F-16V的改裝案中,原本機上的線傳飛控系統仍然沿用F-16A的類比系統,而非F-16C的數位控制,所以整合Auto GCAS的難度較高,需要將飛控系統大改。

但因為我國空軍的強烈要求,美國國防部 (DoD) 2021年4月26日的公告,洛克希德馬丁公司獲得1.38億美元的「和平鳳凰崛起 2」(Peace Phoenix Rising 2,PPR2) 計劃的追加合約,內容包含為台灣的F-16V戰機開發與安裝Auto GCAS、先進的敵我識別 (IFF) 系統、與發射AGM-88 高速反輻射導彈(HARM)能力,合約預計於 2022年9月完成。

但就算就算洛克希德馬丁公司能夠按照合約時程,成功測試Auto GCAS完畢,後續還有生產與運輸環節,因此我國空軍預計在2023年11月起,才能開始進行安裝作業。

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責任編輯:彭振宣
核稿編輯:翁世航


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